新（xīn）能源汽車輕量化領域鋁（lǚ）合金焊接技術

汽車（chē）工業幾十年的高速（sù）發展所帶來的能源消（xiāo）耗和環境汙染的問題日（rì）益突出，已經（jīng）成為全球汽車工業亟需著手解決的時代命題（tí）。大力發展新能源汽車是應對汽車產業（yè）發（fā）展危機的有效方（fāng）案，也是實現我國“雙碳”目標的重要舉（jǔ）措。但（dàn）新能源汽車（chē）的發展，目前仍麵臨著諸多挑（tiāo）戰，其中續航焦慮是新能源汽（qì）車推（tuī）廣的最（zuì）大障礙。而新（xīn）能源汽車與傳統燃油車結構的不同，車身更重。在此背景下，新能源汽車的輕量化（huà）需求相比傳統燃油車更加迫切。在當前汽車輕量化（huà）的手段中，最行之有效的是材料的輕量化。鋁合金材料作為一種性能優異的輕合金材料，廣（guǎng）泛應用於汽車的輕量化領域。因此，深入研究鋁合金焊（hàn）接技術，進而提升鋁（lǚ）合金材料焊接質（zhì）量，對新能源汽車（chē）輕量化的發展（zhǎn）具有重要促進意義。

01   新能源汽車輕量（liàng）化的戰（zhàn）略意義

1.1 新能源汽車的輕量（liàng）化對（duì）提升新能源汽車的續航裏（lǐ）程具有重要意義

為響應我國的“雙碳”發展戰略，作為我國能源消（xiāo）耗大戶的汽車行業（yè），肩負著低碳排（pái）放的曆史使命，責任重大。對（duì）此（cǐ），近年我國大力（lì）發展新能源汽車產業，出台多項政策刺激（jī）和引導（dǎo）新能源汽車產業（yè）的發展。在多方的共同努力下，新能源汽車逐（zhú）漸被廣大消費者接受與（yǔ）青睞，近年在（zài）國（guó）內汽（qì）車消費市場的滲透率逐年提（tí）升。具中國汽車工程學會預測，到２０３５年中國汽車市場的大（dà）部分份額將被新能源汽車占據，且純電（diàn）動汽車（chē）將成為新能源汽車的絕（jué）對主力。對於純電動汽車而言，因受製於目（mù）前電池技術，整車整備質量相較於傳統燃油車反而顯著增加，增量達１５％－４０％。整車的輕量化對提升續航裏程有著非常（cháng）顯著的作（zuò）用。據統計，在純電動汽（qì）車的動力電池重量不變的前提下，整車整備質量每減（jiǎn）輕１００公斤，續航裏程可（kě）以增加１２－１３公裏（lǐ）。

1.2 汽車的輕量化是汽車（chē）發展的三大趨勢之（zhī）一（yī），推進新能（néng）源汽車的輕量化將助力提升我國的汽車產品的競爭力

汽車的輕量化除了可以顯（xiǎn）著降低能量消耗，提升電動汽（qì）車的續航裏程外，對提升車輛（liàng）的（de）加速（sù）性能、操作穩定性、製動性能、行車噪音、行（háng）駛平順（shùn）性等也都有明顯的助益（yì）。因此，順應汽車行業的發展趨勢，通過合理的輕量化材（cái）料的運用和結構設計，提升新能源汽車的輕量化水平，不僅可以提升汽車的各項性能指標，還可以有效控製汽車的生產成本，提高市場競爭力。

1.3 汽車產業作為一個產業鏈比較長的產業，新能源汽車的輕量化的發展可以帶動產業上下遊相關領域的轉型升級汽車的輕量化涉及汽車生產、維修（xiū）、回收等多個相關產業。汽（qì）車輕量化的快速發展必然會刺激汽車輕量化材（cái）料的研發（fā）和革新，對多材料混合運用（yòng）技術如焊接、鉚接等的發展（zhǎn）也將有直接的強勁推動作用，對汽車的生產裝備也（yě）會提（tí）出更高的要求。近年新能源汽車技術飛速發展，技術越來越成熟，與之配套的充電等社會公共設施也越來越健全，再加上新能源汽車因相較於傳統燃油車更低的用車成（chéng）本等優勢，使新能源車越來（lái）越受到消費者的喜愛。新（xīn）能源汽車的銷量開始（shǐ）井噴式增長，在此背景下，新能源汽車輕量化旺盛（shèng）的需求對汽車產業上下遊相關領域轉型升級的推動作用越來越強（qiáng）勁。

02    鋁合金在新能源 汽車輕量化領域應用（yòng）的優勢

使用先進的製造工藝、對結構進行優化設（shè）計和應用輕量化的材料是目（mù）前汽車輕（qīng）量化的三大技術手段。其中輕量化材料的運用是最直接、最有效的方式。相（xiàng）比其他工程材料，鋁合金材料因（yīn）具備諸多優勢，因此一開始便便到了汽車工程師的青（qīng）睞。具（jù）體而言（yán），鋁合金在（zài）新能源汽車的輕量化領域具（jù）有一（yī）下優勢：

（１）鋁合金（jīn）材（cái）料可以廣泛應用於新（xīn）能源汽車的輕量化領域。鋁合金具有（yǒu）較高的比強度和優（yōu）良的加工成形性，可以應用於製造汽（qì）車的各種部件和零件。鋁合金材（cái）料可分（fèn）為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類型。其中（zhōng），熱交換（huàn）器（qì）係統部（bù）件、車身骨架（jià）、車門等可以應用變形鋁合金製造；而加速踏（tà）板、車輪（lún）、方（fāng）向盤、電機外殼等可以應用鑄造鋁合金生產。因鋁合金的優良性能，使鋁合金在當前以及今後一段時期（qī）內（nèi）都將是新能源（yuán）汽（qì）車輕量化的主要選材。

（２）鋁合金材料的廣泛應用從某種程度上可以降低新能源汽車的生產製造成本。鋁礦在地球（qiú）上的儲存量非常（cháng）大，因（yīn）此鋁合金材料相較於鎂合金材料、碳纖（xiān）維材料等成本更低，此外鋁合金具有良好的耐蝕性，且熔點低，可以實現（xiàn）非常高的回收利用率，可以實現新能源汽車生產材料的循環（huán）利用（yòng）。

（３）鋁合金材料相較於其他汽車輕量化材料（liào）減重潛力更大。當前主流的汽車輕量（liàng）化材料有鋁合金、高強度鋼、鎂合（hé）金、碳纖維（wéi）材料等。但（dàn）其中鎂合金和碳（tàn）纖維材料因價格、加（jiā）工工藝等（děng）因素的製約（yuē），目前使用的並不多。而鋁合金材料相（xiàng）較與高強度鋼，比強度高（gāo），密度較小，減重（chóng）潛力（lì）更大。

（４）鋁合金（jīn）材料製造工藝成熟，除鑄造等成型工藝（yì）外，還發展出了焊接（jiē）、鉚接、螺（luó）接等多種連接方式（shì）。這些工藝目（mù）前都有成熟的在新（xīn）能源汽車（chē）的生產製造過程中運用（yòng）。因此，鋁（lǚ）合金材料在眾多汽車輕量化材料中脫穎而出，漸漸成為了汽車輕量化的主流材料。

03    新能源汽車輕量化領域鋁合金材料焊接研究（jiū）現狀

鋁合金在新能（néng）源汽車的輕（qīng）量化中有著舉足輕重的作用（yòng），但在生產和使用過程仍麵臨（lín）生產工藝、安全等挑戰。汽車（chē）生產製造過程中各零部件的連接方式有焊接、鉚接、螺接等，其中焊接因（yīn）工藝簡（jiǎn）單、性價比高、性能優越以及方便自（zì）動化流水作業等（děng）優點，是當前（qián）汽車零部件連接采取（qǔ）的主要工藝方式。隨著新能源汽車輕量化需求的日益旺盛，鋁合（hé）金在新能源汽車的生產（chǎn）製造過程（chéng）中的應用會越來越（yuè）多。但要提高鋁合金材料在新能源汽車生產製造中的（de）運用量，就不得不對鋁合金的焊（hàn）接工藝進行更（gèng）深入的研究，提高鋁合金焊接的質量和效率，並有效降低成本。焊接作為一種成熟的連接方式，目前（qián）已經發展出多種技術路線，其（qí）中廣泛（fàn）應用於汽車生產製（zhì）造中的有有激光焊接、非熔化極惰性氣體保護電弧焊（ＴＩＧ焊）、熔化極惰（duò）性（xìng）氣體保護焊（ＭＩＧ焊）、攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等。

3.1 新能源汽車領域鋁合金激光焊接

激光焊接在汽車生產製造過程中（zhōng）應用很廣泛，具有（yǒu）焊接效率高，焊接變形小，焊接能量密度高的技術特點。在新能源（yuán）汽車領域目（mù）前針對鋁合金的激光焊接（jiē），國內外專家學者的研究主要聚焦（jiāo）在兩個方向：一個方向是激光焊接工藝對鋁合金焊接接頭性（xìng）能影響，如激光焊接工藝對鋁合金焊接（jiē）接（jiē）頭的力學性能和耐腐蝕性能研究、接（jiē）頭的組織及性能研（yán）究等。另外一個方向是鋁合金（jīn）激光焊接（jiē）過程中的缺陷，如鋁合金激光焊接頭顯微組織的研究、鋁合金激光焊接接頭氣孔、裂紋（wén）、變形的預測研究等。在國內（nèi）外專家學者的共同努力下，鋁合金材料激（jī）光焊接工藝得（dé）到了（le）不斷地改善，焊接接頭的力學性（xìng）能和耐腐蝕性能得到了較大幅度的提升（shēng），焊接接頭的缺陷率也得（dé）到了很好的控製，能較好的滿足新能源汽（qì）車（chē）生產製造的工藝（yì）需求。此外，信息技術的快速（sù）迭代（dài）助推了工業機器人的快速發展，以視覺係（xì）統、機器人技術以及信息技術加持的遠程激光焊接技術也在快速（sù）的發展。新能源汽車生產過程的鋁合（hé）金材料激光焊接技術的自動化、智能化程度越來越高。

3.2 新能源汽車領域（yù）鋁合金（jīn）非熔化極惰（duò）性（xìng）氣體保護電弧（hú）焊（ＴＩＧ 焊）

非熔化（huà）極惰性氣體保護電弧（hú）焊非常適用與薄板鋁合金材（cái）料的焊接，技術也很成熟。采用ＴＩＧ焊接方法焊接鋁合金不僅可（kě）以獲得美觀（guān）的連續魚鱗狀焊縫，還能自動同步清除鋁合金焊接件表麵的氧化膜，進而改善鋁合金焊（hàn）接接頭（tóu）的質量。但是，ＴＩＧ焊接有著天然的自身缺陷，它的鎢電極承載電（diàn）流的能力有限，當有承（chéng）載大電流時，容易被熔化和蒸發，由此（cǐ）產（chǎn）生的鎢電極微（wēi）粒，也（yě）有掉入焊接熔池影響焊接質（zhì）量的可（kě）能。除此之外，生產效率低、熔深淺（qiǎn）、熔敷（fū）速度小（xiǎo）等不能滿足高效高質量的焊接要求的（de）缺（quē）陷，也限製了ＴＩＧ焊接方（fāng）法在新能源汽（qì）車領域的應用。為了適應新能（néng）源汽車工業快速（sù）發展對於鋁合金焊接高質量、高效率的生產要求，近年不少學（xué）者對ＴＩＧ焊接進（jìn）行了改進研究，成功研發（fā）出了雙槍ＴＩＧ焊、熱絲（sī）ＴＩＧ焊、Ａ－ＴＩＧ焊等焊接方法（fǎ）。雙槍ＴＩＧ焊焊接電弧集中，相比如傳統ＴＩＧ焊熔深得到明顯增加，改變了傳統ＴＩＧ不太適用於鋁合金（jīn）厚板材焊接的境況，而且在（zài）即使沒有焊（hàn）絲的情況下也能（néng）照常進行有效（xiào）的焊接。熱絲ＴＩＧ焊攻克了傳統（tǒng）ＴＩＧ焊（hàn）焊（hàn）接效率不高的弊端，焊（hàn）接速度在傳統ＴＩＧ焊（hàn）的基礎上提高了（le）一倍以上，而且焊接電弧穩定，沒（méi）有較大波動，確保了鋁合（hé）金焊接接頭優良的性（xìng）能，以（yǐ）及良好的焊接成形外觀。而Ａ－ＴＩＧ焊則在焊接質量上進行了（le）改善和提升（shēng），在相同（tóng）的焊接速度下（xià），Ａ－ＴＩＧ焊相較於傳統ＴＩＧ焊可以采用更小的焊接電流，進（jìn）而可以（yǐ）減少鋁合金在焊接過程中的（de）熱變形，與此同時為增加鋁合金焊接件的焊（hàn）縫力學（xué）性能，Ａ－ＴＩＧ焊還改變了活性劑的組（zǔ）成，使鋁合金焊接接（jiē）頭的組織性能得到提升。

3.3 新能源汽（qì）車領（lǐng）域鋁合金熔化極惰性氣體保護焊 （ＭＩＧ 焊）

得益於國內（nèi）外專家學（xué）者的持續關注和深入研究，鋁合金焊接技術得到（dào）不斷（duàn）提（tí）升，焊接方式也日益豐富成熟。在當前眾多鋁合（hé）金焊接技（jì）術中應用最廣泛的是熔（róng）化極惰性氣體保護電弧焊（ＭＩＧ焊）。采用ＭＩＧ焊焊接鋁合金（jīn）可以獲得非常優質的焊接構件，因此在工程應用（yòng）中（zhōng）ＭＩＧ焊很受工程師們的青睞。同時，ＭＩＧ焊也是專家學者們研究的焦（jiāo）點，近年研發出了不（bú）少鋁合金（jīn）ＭＩＧ焊新工藝。雙脈衝ＭＩＧ焊、雙極性脈（mò）衝ＭＩＧ焊以及ＣＭＴ焊便是鋁合金ＭＩＧ焊新工藝中應用頻率最高（gāo）的。雙（shuāng）脈衝ＭＩＧ焊是通過（guò）改進優化單脈衝焊接技術發展而來，具有可調參數多，可合理的（de）控製（zhì）輸入（rù）能量，以及可對焊接工藝參數（shù）進行（háng）靈（líng）活的匹（pǐ）配等優點（diǎn）。使用雙脈衝ＭＩＧ焊焊接（jiē）鋁合金材料可以獲得穩定可靠的高質量的焊縫。在眾多工業領域廣泛應用（yòng）的雙極性脈衝ＭＩＧ焊則結合了反向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＮ極焊）和直流正向接法脈衝ＭＩＧ焊（ＥＰ極焊）。而作為短路過渡焊技術的ＣＭＴ焊在焊接過程中，可以對輸入的能量進行精確地控製，可以使熔池與焊絲快速分離，有效地減少飛濺。因具有（yǒu）以上優點，ＣＭＴ焊特別適合於超薄板的焊接，可以獲得較高質量水平的（de）超薄板焊件。

3.4 新（xīn）能（néng）源汽車領域鋁合金攪（jiǎo）拌摩擦焊（ＦＳＷ 焊（hàn））

鋁合金攪拌摩（mó）擦焊經過近３０年（nián）的發展，在（zài）厚鋁合金（jīn）板材焊接方麵有了重大突破，已經可以（yǐ）高效率高（gāo）質量的焊接１．２至６毫米的厚（hòu）鋁合金板材。鋁合金（jīn）攪拌摩擦（cā）焊經過幾十年的發展革（gé）新，也從單一能場（chǎng）焊接發展出了多種複合能場焊機方式。鋁合金攪（jiǎo）拌摩擦焊的研究也吸引了國內（nèi）外學者的關注，其中（zhōng）攪拌摩擦焊焊接（jiē）接頭的裝（zhuāng）配方式和焊（hàn）接工藝參數（shù）是當下研究的重點。其中，在接頭（tóu）裝（zhuāng）配方（fāng）式的選擇上，有Ｔ型裝配、對接、對－搭接（jiē）和搭接等（děng）。

04   新（xīn）能（néng）源（yuán）汽車輕量（liàng）化領域鋁合（hé）金材料焊接研究展望

科技一般指科學技術。社會上習慣於把科（kē）學和技術連在一起，統稱為科學技（jì）術，簡（jiǎn）稱科技。實（shí）際二者既有（yǒu）密切聯係，又有重要區別。實際二者既有密切聯係，又有重要區別。科學解決理論問題，技術解決實際問題。

新能源汽車尤其是其中的純電動汽車，因電池技術的瓶頸和自身結構的（de）特殊性，車輛的迫切需要輕（qīng）量化，以期通過（guò）減少（shǎo）自身重量從而增加續航裏程。鋁合金材料不僅性能優異且可（kě）實（shí）現（xiàn）再生循環利用，因此在汽車（chē）輕量化材料中具有明顯的優勢，越來越廣泛的（de）應用於新（xīn）能源汽（qì）車的生產製造過程中（zhōng）。新能源（yuán）汽車在生產製造中的鋁合金使用量已經超過多（duō）數的傳統燃油車。隨著我國新能源汽車近（jìn）幾年的井噴式發展，必然會進一步拉動鋁合金在汽車行業的廣泛應用。因此關於提升鋁合金焊接件的焊接質（zhì）量的研究將會成為研究（jiū）焦（jiāo）點。鋁合金激光焊接、鋁合金熔化（huà）極惰性氣體保護焊（ＭＩＧ焊（hàn））、鋁合金攪拌摩擦焊（ＦＳＷ焊）等鋁合金焊接技術的研究（jiū）將會更加深入（rù），為新（xīn）能源汽車輕量化中鋁合金的應用，提供（gòng）更加堅實的技術（shù）支撐（chēng），從而保障鋁合金在新能源汽車的生產（chǎn）製造中充分發揮減重優勢。

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